Nanotechnology Now - Press Release: Shedding Light On Unique Conduction Mechanisms In A New Type Of Perovskite Oxide

Újra kiadta Platón

Követő: 0

Kezdőlap > nyomja meg > Egyedülálló vezetési mechanizmusok megvilágítása egy új típusú perovszkit-oxidban

A felső ábra az oxid-ion migráció pillanatfelvételét mutatja. A vörös és zöld oxidionok az M2O9 dimerek törésével és reformálásával mozognak, ami gyors oxid-ion diffúziót tesz lehetővé, ahol az M kation Nb5+ vagy Mo6+. A neutronszórási hossz-sűrűség eloszlása a neutron diffrakciós adatokból 800 ℃-on a bal alsó ábrán megegyezik a jobb alsó ábra ab initio molekuladinamikai szimulációiból származó oxidionok időbeli és térbeli átlagolt valószínűségi sűrűségeloszlásával. A bal alsó ábrán látható intersticiális O5 atom a sarokmegosztó oxigénatomnak felel meg (Osh a jobb alsó ábrán és négyzetek a felső ábrán).

HITEL
Anyagkémia

Absztrakt:
A Tokyo Tech tudósai szerint a hatszögletű perovszkittal rokon Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 oxid figyelemre méltó proton és oxidion (kettős ion) vezetőképessége ígéretes a következő generációs elektrokémiai eszközök számára. Az általuk bemutatott egyedi iontranszport mechanizmusok remélhetőleg kikövezik az utat a jobb kétionos vezetők felé, amelyek alapvető szerepet játszhatnak a holnap tiszta energiatechnológiáiban.

Fényt vet egy új típusú perovszkit-oxid egyedi vezetési mechanizmusaira

Tokió, Japán | Feladás dátuma: 17. november 2023

A tiszta energiatechnológiák a fenntartható társadalmak sarokkövei, és a szilárd-oxid üzemanyagcellák (SOFC-k) és a protonkerámia üzemanyagcellák (PCFC-k) a zöld energiatermelés legígéretesebb elektrokémiai eszközei közé tartoznak. Ezek az eszközök azonban továbbra is kihívásokkal néznek szembe, amelyek hátráltatják fejlesztésüket és alkalmazásukat.

Ideális esetben az SOFC-ket alacsony hőmérsékleten kell üzemeltetni, hogy megakadályozzák a nem kívánt kémiai reakciók lebomlását az alkotóelemeikben. Sajnos a legtöbb ismert oxid-ion vezető, amely a SOFC-k kulcsfontosságú összetevője, csak magasabb hőmérsékleten mutat megfelelő ionvezetőképességet. Ami a PCFC-ket illeti, nemcsak kémiailag instabilak szén-dioxid atmoszférában, hanem energiaigényes, magas hőmérsékletű feldolgozási lépéseket is igényelnek a gyártás során.

Szerencsére létezik egy olyan anyag, amely képes megoldani ezeket a problémákat a SOFC és a PCFC előnyeinek kombinálásával: a kettős ionos vezetők. Mind a protonok, mind az oxidionok diffúziójának támogatásával a kettős ionos vezetők magas teljes vezetőképességet érhetnek el alacsonyabb hőmérsékleten, és javítják az elektrokémiai eszközök teljesítményét. Bár néhány perovszkittal kapcsolatos kettős ionos vezető anyagról, például a Ba7Nb4MoO20-ról beszámoltak, vezetőképességük nem elég magas a gyakorlati alkalmazásokhoz, és a mögöttes vezető mechanizmusuk nem teljesen ismert.

Ennek fényében a Masatomo Yashima professzor vezette kutatócsoport a Tokiói Technológiai Intézetből (Japán) úgy döntött, hogy megvizsgálja a 7Nb4MoO20-hoz hasonló, de magasabb Mo-frakciót (vagyis Ba7Nb4-xMo1+xO20+x/2) tartalmazó anyagok vezetőképességét. . Legújabb tanulmányukat, amelyet az Ausztrál Nukleáris Tudományos és Technológiai Szervezettel (ANSTO), a High Energy Accelerator Research Organisation (KEK) és a Tohoku Egyetemmel együttműködésben végeztek, a Chemistry of Materials című folyóiratban tették közzé.

A különböző Ba7Nb4-xMo1+xO20+x/2 összetételek szűrése után a csapat azt találta, hogy a Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 figyelemre méltó proton- és oxid-ion vezetőképességgel rendelkezik. „A Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 ömlesztett vezetőképessége 11 mS/cm 537 ℃-on nedves levegőn és 10 mS/cm 593 ℃-on száraz levegőn. A teljes egyenáram vezetőképessége 400 ℃-on nedves levegőben a Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 13-szorosa volt, mint a Ba7Nb4MoO20-é, és a térfogati vezetőképesség száraz levegőben 306 ℃-on 175-ször nagyobb, mint a hagyományos ittrium-oxiddal stabilizált cirkónium-oxidé (YSZ)” – emeli ki Prof. Yashima.

Ezután a kutatók arra törekedtek, hogy rávilágítsanak a magas vezetőképességi értékek mögött meghúzódó mechanizmusokra. Ennek érdekében ab initio molekuláris dinamikai (AIMD) szimulációkat, neutrondiffrakciós kísérleteket és neutronszórási hossz-sűrűség elemzéseket végeztek. Ezek a technikák lehetővé tették számukra, hogy részletesebben tanulmányozzák a Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 szerkezetét, és meghatározzák, mi teszi különlegessé kétionos vezetőként.

Érdekes módon a csapat azt találta, hogy a Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 magas oxid-ion vezetőképessége egyedülálló jelenségből ered (ábra). Kiderült, hogy a Ba5Nb7Mo3.8O1.2-ben szomszédos MO20.1 monomerek M2O9 dimereket képezhetnek, ha az egyik sarkukon egy oxigénatom osztozik (M = Nb vagy Mo kation). Ezeknek a dimereknek a feltörése és reformálása ultragyors oxidion-mozgást idéz elő, hasonlóan ahhoz, ahogyan az emberek hosszú sora vizet (oxidionokat) közvetítenek egyik emberről a másikra. Továbbá az AIMD szimulációk kimutatták, hogy a megfigyelt magas protonvezetés az anyag hatszögletű, egymáshoz szorosan elhelyezkedő BaO3 rétegeiben történő hatékony protonvándorlásnak köszönhető.

Összességében ennek a tanulmánynak az eredményei kiemelik a perovszkittel kapcsolatos kettős ionos vezetőkben rejlő lehetőségeket, és iránymutatásul szolgálhatnak ezen anyagok ésszerű tervezésében. „A Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 nagy vezetőképességére és egyedi ionvándorlási mechanizmusaira vonatkozó jelenlegi felfedezések elősegítik az oxidion-, proton- és kettősionos vezetők tudományának és tervezésének fejlődését” – zárja egy reménybeli Yashima professzor.

Reméljük, hogy a további kutatások a következő generációs energiatechnológiák számára még jobban vezető anyagokhoz vezetnek.

####

A Tokiói Technológiai Intézetről
A Tokyo Tech vezető egyetemként a kutatás és a felsőoktatás élvonalában áll
a tudomány és a technológia számára Japánban. A Tokyo Tech kutatói a következő területeken jeleskednek
anyagtudománytól biológiáig, számítástechnikáig és fizikáig. Az 1881-ben alapított Tokyo Tech
évente több mint 10,000 XNUMX egyetemi és posztgraduális hallgatót fogad, akik tudományossá fejlődnek
vezetők és az ipar legkeresettebb mérnökei. A japánokat megtestesítő
A „monotsukuri” filozófiája, amely „műszaki találékonyság és innováció”, a Tokyo Tech
közösség arra törekszik, hogy nagy hatású kutatásokkal hozzájáruljon a társadalomhoz.
https://www.titech.ac.jp/english/

További információért kattintson a gombra itt

Elérhetőségek:
Kawaguchi Emiko
Tokyo Institute of Technology
Iroda: +81-3-5734-2975

Ha van észrevétele, kérem Kapcsolat minket.

A tartalom pontosságáért kizárólag a sajtóközlemények kiadói felelősek, nem pedig a 7th Wave, Inc. vagy a Nanotechnology Now.

Könyvjelző: